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如果地球的铁元素瞬间消失 30s 然后恢复到原位。世界会变成什么样子?

2021-05-24知识

地球铁元素消失的第1秒。

地核消失88%,地球内部形成几乎半个地球半径的空腔。

消失约5%物质的地壳和地幔在1秒内,下沉约2~3米左右,地表下坠极速5m/s左右。

一些原本富含铁元素的地表,因下方形成空腔,山体的下坠速度可超过7m/s。

  • 说明:推理和数据演算,放在后文。关于重力、膨胀等,该考虑的基本已经考虑。
  • 因为身体内铁元素的消失,全球所有人在震撼中缺氧,出现窒息感。

    众多铁元素为主体的建筑、岩石解体。地球级的地震波开始涌动,震碎了几乎所有的人造建筑,以及因铁元素而消失的脆弱山体。

    地壳出现裂缝,几乎所有的火山内部,熔岩开始向火山口涌去。

    海水在强大的震荡波面前,正在形成史无前例的海啸。

    地球铁元素消失的第3秒。

    地壳下沉20米左右,下坠极速15m/s左右。

    绝大部分人的开始眩晕,那么尚没有晕倒的人,看到了天崩地裂的场景。

    宽大十数米的巨大裂缝瞬间出现在身前,无限纵横,割裂城市、乡村,以及山川,无数人跌入深渊。

    一座座火山在地壳下沉的强大挤压下,开始喷出高速的炙热熔岩。

    海洋中已经形成高达数十米的海啸,随着地球震荡波的增强,原本绵延起伏的山川,因为铁元素消失变得十分的脆弱,在剧烈地震波中纷纷解体。

    地球铁元素消失的第10秒。

    地壳下沉200~300米,下坠极速30~50m/s。

    由于大脑缺氧,几乎所有人都已经失去了意识。天上的飞鸟已全部坠下大地,所有的走兽也已全部倒地。

    高达数百米的海啸,已经开始冲击沿海地区,几乎瞬间摧毁和吞噬人类脆弱的建筑。火山喷出的熔岩已高达千米。

    如果有人还没有失去意识,将看到身边无数熔岩喷柱的末日场景。

    超级风暴也正在形成,即将席卷大地。

    地球铁元素消失的第30秒。

    地壳下沉2000米左右,下坠极速100~150m/s。

    除了火山外,大地上新出现的裂缝也开始直接喷出熔岩。在史无前例的地震波前,海啸落差已经拉大到数千米以上,正在以空前的速度冲击海岸。

    由于地壳中含有4.75%的铁元素。很多自然结构中,原本存在的铁元素起到稳定结构,地震波的进一步加强,无数的岩石也直接化成了齑粉。

    无数已经晕阙过去的人类和其他生命,也在强大的破坏力面前而死亡,甚至灰飞烟灭。

    地球铁元素恢复的第0秒。

    由于地球内陷的时间太短,地核内部的空腔仅仅被填充了很小的一部分。

    我们不妨认为,题主所说的恢复到原位,是指原来的物理、化学、生物结构尚未完全破坏,铁容易恢复的,就全部恢复过去。而结构已经完全破坏的,则只能以单质的形式存在。

    那么地核消失的绝大部分铁内核,生物中消失的铁元素,以及一部分分子中的铁元素也能恢复回去。

    但是,当地核被填满的刹那,整个地球物质以超过100m/s的冲击到地核上。

    冲击产生的能量高达 5.67\times10^{28} J , 相当于导致恐龙灭绝的,1355万个希克苏鲁伯陨石的轰击。

    而那些没有死去的人,在此时恢复意识, 将看到无比惊人的末日场景:

    在空前的冲击之下,地球中哪怕达到10^10pa强度结构的物质,也会变得无比的脆弱。

    在宏观的视角下,整个地球看起来更像似液体内部的震荡。

    地壳中的无数物质,都被强大的反作用力,冲击到至少数百米的高空上。

    而地球决裂的巨大裂缝中,则可以 在短时间喷出超过1亿平方千米的熔岩,足以在陆地上形成熔岩海。

    但陆地很快就要消失了,因为在高达数千米的海啸,以及地球物质自身的强大冲击下,已经失去稳定结构,甚至解体的山川被很快磨平。大陆板块也变得支离破碎。

    海啸将以音速级别,迅速席卷所有的大陆。

    地球铁元素恢复的第1天。

    以喜马拉雅山脉为首的巨大山脉,甚至马里亚纳海沟 ,也在地球后续的海啸、震荡的巨大作用力中逐渐被磨平。海洋逐渐淹没了所有的陆地,整个地表上只有奔腾的滚烫海水。

    在这一天的时间中,还有大约1/3左右的海水灌入巨大的地球裂缝,然后在超过上千度的地幔中被加热。同时还有大量的熔岩不断喷出地壳,加热着海水。

    大约在一两天的时间内,整个海洋中的海水都会沸腾。

    地球铁元素恢复的第10天。

    随着地球震荡,不断交换的热物质,最终导致整个海水的蒸发。

    地球原本撞击产生的 5.67\times10^{28} J 能量,也在地球物质的不断摩擦中,全部转化成了地球内部的热能。

    而这些新产生的热能超过海洋全部蒸发总热量的18倍。

    这些能量将产生大量的熔岩,令地表形成熔岩海,以水蒸气为主的大气,温度将高达数百摄氏度。。

    整个地球再次变成45亿年以前的状态,无数铁元素开始在熔岩海中重新生成相应的化合物。

    由于大气存在无比致密的水蒸气,整个地球的热量辐射很慢。

    不过,此时的地球和45亿年前,还是有一定的差异,那就是地壳和地幔的温度比起45亿年前低了很多。它们会吸收地表的热量,这会令地表的温度比起45亿年前的降温速度快很多。

    地球铁元素恢复的第30天。

    随着地壳和地幔的吸热,地表的熔岩海逐渐冷却,封住裂缝以及火山,大气中的温度开始降低。

    地球铁元素恢复的第10年。

    地球已经降温,液态海洋再次形成。

    坚硬的地壳和岩石也再次生成。

    新的生命,正在重新孕育。

    ……

    以下是相关数据的计算推导过程:

    地球上的铁元素占比32.1%,其中地壳含量4.75%,地幔含量5.8%,地核含量88.8%。

    地核密度13g/cm^3,消失的铁被地壳、地幔中的铁元素一平均,不妨取10g/cm^3的密度。

    地球质量:5.965×10^24 kg。

    消失铁质量为:1.917×10^24 kg。

    换算出体积为:1.917×10^20 m^3

    地球体积为:1.083X10^21 m^3

    得,新地球的体积为原来的:82.3%

    不过,铁元素消失之后,地球引力也等比列降低32.1%。

    地球内部密度和压强具有一定的关系,所以质量降低之后,新地球的体积实际也会膨胀。

    对于原来的地球,物质之间的作用力和重力是平衡的,犹如收缩平衡的弹簧一样。

    对于拉开的弹簧,自由落体的时候,一开始弹簧的下端是静止的:

    值得注意的,虽然弹簧下端静止,但弹簧重心的下坠符合自由落体。重力势能的变化,也和非弹簧等效的。只不过,重力势能一部分转化成了弹性势能。

    这便是因为弹簧下端力的平衡,相反如果这是一根压缩的弹簧,自由落体的时候,一开始上端会保持不变。地球重力的减少,就会类似压缩弹簧的效果。重力消失32.1%的瞬间,地球会以32.1%的重力膨胀。

    理论上地表不会出现下坠效果。

    但是,地壳和地幔也消失了约5%的物质,内部无限无数多的空腔。

    这些空前会吸收地球膨胀的力量,这会造成地表受到的膨胀作用力很低,甚至没有。最终导致地表受到的力量依旧以新重力为主,并不导致下坠。

    最下来推算一下地球坍缩的具体尺度:

    地球除了内核外的最高密度约10g/cm^3,一部分会成为相同密度的地球内核,令一部分则密度降低而膨胀。由于地球是球形,所以膨胀比率会比地球质量损失比率32.1%低不少。

    预估膨胀10%~20%左右,不妨取平均值15%。

    那么,新地球的平均密度是原来的(1+15%)×82.3%=94.6%

    那么新地球半径为原来的: \sqrt[3]{0.946} =98.17%,损失约1.8%,合115km。

    但铁元素消失后的30s,地球真的能塌陷这么多吗?

    实际并不能。

    地核消失之后,地表的重力加速度降低为0.7G左右,由于地心空陷,大部分区域将几乎呈现自由落体的趋势。

    由于下落路程较短,重力加速度不妨取近似不变。

    h=gt^2/2=3150m

    塌陷最高速度200m/s左右。

    也就是说,30s的时间,最多塌陷3km左右,仅仅只是理论塌陷的2.6%。

    也就是说,在30s秒后,铁元素还是能够勉勉强强塞回去的。但地球上因为塌陷产生的庞大能量,以及出现的巨大裂缝,却是无法避免了。

    对于地表生物,真正的灾难是塌陷的后续效果。

    虽然地表的最高理论塌陷是3150m,但其实对于整个地球来说,地心某一处的重力仅仅受到内部质量的影响,所以引力会逐渐降低,而引力大小几乎呈直线变化:

    虽然地球内部密度大于地表密度,但球形随着半径的增长体积幂增长,塌陷主体受到的重力比重力的中值大一些,塌陷距离1500~2500m,不妨取2000m。

    那么塌陷产生的总能量为:

    E=mgh=5.67\times10^{28} J

    可能大家对这个能量没有什么概念,不妨换算一下。

    一吨TNT释放的能量是4.183×10^9 J

    地球塌陷释放的能量,相当于1355亿亿吨TNT。

    而导致恐龙灭绝的希克苏鲁伯陨石,也不过100万亿吨TNT。

    地球的这一次塌陷,则相当于1355万个希克苏鲁伯陨石的轰击。

    地球塌陷的2000m,讲导致表面积损失320191平方公里。

    如果出现十条绕地球周长的裂缝,这个裂缝的宽度也将达320191/400760=0.8km,也即800m。

    虽然地球的状态,没有这张图这么夸张:

    但熔岩必然在重压下,朝着地表疯狂喷涌。

    内部释放出的上千度的热物质,不停加热着海水。

  • 海洋平均深度3798米,水比热容大约是熔岩的数倍。而熔岩降低的温度,也大约是水温度升高的数倍。
  • 第一时间喷出的熔岩大约能把海洋加热到七八十摄氏度。大地巨大的裂缝,如果没有及时填补,后续的熔岩足以上海洋沸腾。
  • 沸腾的海洋已经是相当足够幸运的了,实际四大洋的绝大部分海水,都会因为巨大的裂缝而沉入地幔。

    地幔两三千的温度,加上裂缝深度几乎接近地心,具有巨大的接触面积,所有流入的海水,将被加速沸腾。不过要让海水完全蒸发,大约至少需要持续数日以上。

    不出半个月,地球海洋将全部不复存在。

    地球原来的总空气质量约5000万亿吨,新产生的水蒸汽质量是138.6亿亿吨。

    新大气是原大气质量的278倍,而大气压强和质量成正比。

    不仅大气压强增加200多倍,大气的温度也达到数百摄氏度。

    总的来说,铁元素消失的前30s只是前奏,带来的后续效果才是最致命的。